Notion de force (chapitre 1)

Chapitre n°1 : Notion de force.
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NOTION DE FORCE
Dès que l’on entre en contact avec un objet, on exerce une force sur celui-ci.
On appelle « force » tout facteur qui tend :
- à mettre un corps en mouvement ou à modifier sa trajectoire.
- à déformer un corps.
Il existe deux types de forces :
- forces intérieures (forces musculaires).
- forces extérieures qui proviennent de l’environnement.
Une force est caractérisée par 4 éléments :
- un point d’application.
- une direction.
- un sens.
- une intensité.
Par définition, une force est un vecteur.
I. INTRODUCTION AUX VECTEURS
Un vecteur force F (≠ de F) part d’un point d’application. Il aura une orientation
qui donnera sa direction et son sens. Il aura une certaine longueur qui donnera
son intensité, exprimée en Newton (N).
Si l’on parle de la force musculaire :
- son point d’application correspond au point d’insertion du muscle.
- sa direction suit la direction des fibres musculaires.
A. LES OPERATIONS
Elles s’effectuent algébriquement en ce qui concerne l’intensité.
Au niveau graphique, elle s’effectue par le tracé de la résultante.
La résultante d’un nombre quelconque de vecteur est le vecteur unique qui aurait
le même effet que tous les vecteurs pris ensemble.
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1. L’ADDITION DE VECTEURS
Il existe deux types de vecteurs :
- vecteurs colinéaires qui ont la même direction.
- vecteurs concourants qui des directions différentes.
Cas de vecteurs colinéaires de même sens :
F1
F2
FR
FR = F1 + F2
FR = F1 + F2
Cas de vecteurs colinéaires de sens contraires :
F1
F3
FR
R = F1 + F3
R = F3 - F1
Cas de vecteurs concourants :
F1
F1
F2
F2
FR
FR = F1 + F2
FR ≠ F1 + F2
Rq : on ne modifie pas la valeur d’un vecteur en le déplaçant si son orientation
et sa longueur restent inchangées.
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LA SOUSTRACTION DE VECTEURS
Si on prend un vecteur - F, il aura le même point d’application que F, la même
direction que F, la même intensité que F mais il aura un sens contraire.
- F1
F1
F1 + (- F1) = F1 - F1 = 0
3. MULTIPLICATION D’UN VECTEUR PAR UN SCALAIRE
Un scalaire est un nombre réel (k appartient à R).
F
R = 3F
R = k.F
R = k.F
B. DECOMPOSITION D’UN VECTEUR SELON DEUX AXES
Un vecteur peut être décomposé sur deux axes orthogonaux.
y
Fy
F = Fx + Fy
F ≠ Fx + Fy
F² = F²x + F²y
F = √(F²x + F²y)
F
α
x
Fx
Fx est la composante horizontale de F.
Fy est la composante verticale de F.
Fx = F . cos α
Fy = F . sin α
cos α = côté adjacent / hypoténuse = Fx / F
sin α = côté opposé / hypoténuse = Fy / F
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Rq : si on a un vecteur résultante de la forme :
R = F1 + F2
Rx = F1x + F2x
Ry = F1y + F2y
II. POIDS, MASSE, ACCELERATION GRAVITATIONNELLE
Le poids P est la force gravitationnelle (ou de pesanteur) qui s’exerce sur un
objet. Elle s’exprime en Newton (N) comme toutes les forces.
La masse est une quantité de matière qui compose un corps. La masse n’est pas
un vecteur. Elle s’exprime en kg.
L’accélération gravitationnelle (ou accélération de pesanteur) est notée g.
A paris, elle a une valeur égale à 9,81 m/s-2, mais elle varie selon l’endroit où on
se trouve.
Plus on s’éloigne du centre de la terre, plus g diminue et au contraire plus on
s’en rapproche plus g augmente.
Tout corps placé à la surface de la Terre est soumis à la force gravitationnelle
dirigée vers le centre de la Terre.
P = m . g
P = m . g
P = (N) ; m = (kg) ; g = (m.s-2)
On sait que si une force agit sur un corps, celui-ci accélère dans le sens de la
force, c’est à dire que P et g sont des vecteurs parallèles, colinéaires et de même
sens.